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PERFECTIONNEMENTS A DES APPAREILS POUR L'AGGLOMERATION DE PARTICULES A SUPPORT GAZEUX, AVANT LEUR SEPARATION ET LEUR CAPTAGE.
La présente invention est relative à l'agglomération de parti- cules à support gazeux de matière solide ou liquide, avant leur séparation et leur captage. Les particules peuvent avoir des dimensions s'étendant sur une large gamme de grandeurs particulaires, à partir de quelques unités Ang- ström jusqu'à plusieurs millimètres. On sait qu'il est difficile de capter de très petites particules au moyen de dispositifs ou appareils collecteurs mécaniques, tels que les cyclones, qui sont utilisés le plus efficacement pour la séparation et le captage de particules ayant un diamètre moyen non inférieur à 20 microns.
L'invention prévoit un appareil destiné à agglomérer les par- ticules à support gazeux, de façon à former des particules plus grandes, qui puissent être captées plus facilement par le dispositif collecteur, le cou- rant gazeux contenant les particules en suspension étant envoyé à travers un venturi, grâce à un courant, à grande vitesse, de fluide constitué par un aérosol ou un micro-brouillard de particules liquides produites par un générateur à aéro-jet, alimenté en air comprimé et en liquide d'humidifi- cation.
L'appareil conforme à l'invention se caractérise par le fait que le générateur à aéro-jet comprend un corps, un chapeau fixé à l'une des extrémités dudit corps et une tuyère distributrice engagée dans ledit corps et verrouillée par ledit chapeau, ledit corps présentant des conduits pour l'air comprimé amené par un tuyau externe pour passer extérieurement à la- dite tuyère et se diriger vers un trou prévu au centre dudit chapeau, et la tuyère présentant un passage axial se terminant par un orifice pour la dé- charge, par le trou précité, de liquide d'humidification fourni par un au- tre tuyau externe menant à l'autre extrémité dudit passage.
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Cet appareil est particulièrement efficient lorsque le fluide secondaire (l'aérosol ou micro-brouillard) a un rapport de distribution di- mension de particule/fréquence semblable à celui du fluide primaire ou commandé (la suspension gazeuse) et est injecté en une concentration légèrement supérieure à celle du fluide primaire (voir brevet belge n 489.018 -dû.- 14- mai 1949). A cet effet, le générateur à aéro-jet est prévu pour fournir des dispersions ayant une gamme variable de dimensions de particules et und dis- tribution dimension/fréquence qui puisse être réglée par une simple' soupape à air, en liaison avec un dispositif à manomètre, selon la finesse et-la' - courbe de distribution dimension/fréquence des particules dans la suspension introduite dans le venturi.
Cet appareil est d'un intérêt spécial dans le cas où l'on désire agglomérer des particules aux noeuds d'un système d'ondes stationnaires ultra-sonores. Il est connu que, dans ce cas, il est nécessai- re d'accroitre le diamètre statistique moyen de la particule type considérée, jusqu'à ce qu'un "mouvement de résonance" soit établi. Dans les milieux ga- zeux (comme dans les milieux liquides), il existe une relation précise entre la fréquence de vibration et la dimension et la masse dès particules, pour l'obtention du "mouvement de résanance".
Grâce à l'appareil faisant l'objet de la présente invention, on peut obtenir avec facilité des conditions optimum d'agglomération, en réglant l'alimentation en air comprimé vers le générateur à aéro-jet, au moyen de la soupape à air.
L'invention sera décrite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique de l'appareil suivant une forme de réalisation préférée, montrant les moyens destinés à l'alimentation en air comprimé et en liquides d'humidification de même que les moyens de production d'un champ électrique destiné à charger ou à ioniser les particu- les de l'aérosol ou micro-brouillard.
La figure 2 est une vue perspective, à plus grande échelle, d'un générateur à aéro-jet.
La figure 3 est une vue perspective d'une paire de collecteurs de cyclone destinés à capter les particules, vue qui montre les moyens des- tinés à faire monter en crête les ondes stationnaires dans les courants ga- zeux entrants et à y produire des jets d'air additionnels.
La figure 4 est une vue en coupe, à plus grande échelle, du générateur à aéro-jet visible à la figure 2.
La figure 5 est une vue en coupe, à plus petite échelle, du dispositif à venturi alimenté par le générateur à aéro-jet.
La figure 6 est une vue, partiellement en coupe, d'une sirène ultra-sonique destinée à créer des ondes stationnaires dans le courant ga- zeux.
La figure 7 est une vue, en coupe, de la sirène, à plus gran- de échelle.
Si l'on se réfère aux figures 1 à 3, on voit que l'appareil comprend quatre groupes principaux d'éléments connectés :
1. Le dispositif à venturi, avec le générateur à aéro-jet;
2. Les dispositifs secondaires, destinés à l'agglomération poursuivie des particules;
3. Les moyens destinés à capter ou à recueillir, représentés sous forme de cyclones, et
4. Le système auxiliaire à échappement de gaz.
Le dispositif à venturi comprend une section convergente 11, un rétrécissement 12 et une section divergente 13, avec, par exemple, une longueur de 1,5 mètre et une surface de section transversale de 300 cm2 à @
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l'endroit du rétrécissement 12 ; ses extrémités opposées portent des colliers' solidaires 14 et 15, destinés au raccordement d'un conduit 16, transportant'- le courant gazeux, et d'un conduit 17, menant aux collecteurs.-A l'intérieur du conduit 16, comme il est montré aux figures 2 et 4, il est monté .un géné- rateur à aéro-jet 18, alimenté en air comprimé par un conduit 19, contrôlé par une soupape A, et en liquide de mouillage, par un conduit 20;
les deux conduits 19 et 20 sont représentés à la figure 1 comme s'étendant vers la droite, pour le raccordement à d'autres générateurs à aéro-jet si c'est né- cessaire. Le générateur 18 fournit un aérosol ou micro-brouillard du sommet virtuel de la section de cône divergent 13 et axialement par rapport au ven- turi 11-13, qui est de préférence équipé de cônes de mélange internes 21 et
22, soutenus par des supports 23, comme il est montré à la figure 5, pour diriger le courant gazeux entrant.dans l'aéro-jet, à partir du générateur'
18, et pour assurer un mélange complet et une densité élevée de chocs entre les particules.
Comme il est montré à la figure 4, le générateur 18 comprend un corps 24, présentant un trou fileté 25, à l'une de ses extrémités, pour sa fixation à un support 26, un chapeau 27, à son autre extrémité, fixé par un écrou moleté 28, et une tuyère distributrice 29, vissée dans le corps et verrouillée par le chapeau; les extrémités de la tuyère présentent des sur- faces tronconiques externes, les troncs de cônes ainsi formés allant en s'a- mincissant en des sens opposés. Ladite tuyère présente un passage axial 30, se terminant par un orifice 31, pour la décharge du liquide d'humidification reçu du conduit 20, par l'intermédiaire d'un conduit radial 32, dans le corps 24, et d'un conduit axial 33, en registre avec le passage 30.
L'air compri- mé fourni par le conduit 19 traverse un conduit oblique 34 du corps 24, pé- nètre dans une rainure circonférentielle 35 prévue extérieurement à la tuyère 29, rainure de laquelle il passe par un ou plusieurs conduits longitudinaux 36 de la tuyère, vers un espace 37, entourant l'orifice 31, de fagon à souf- fler le liquide sortant de ce dernier par un trou 38, prévu au centre du chapeau 27 ; produit un aérosol ou micro-brouillard de liquide d'humi- dification, traversant à grande vitesse les cônes de mélange 21 et 22 pour frapper les particules solides se trouvant en suspension dans le courant gazeux, le mélange des deux fluides atteignant une vitesse maximum au rétré- cissement 12 du dispositif à venturi.
Les particules en suspension dans le courant gazeux subissent donc une accélération violente, les impacts ou chocs se produisant entre les particules solides et liquides produisant l'agglomération des particules so- lides humidifiées, qui continuent à se combiner ou à adhérer entre elles jusqu'à ce qu'elles atteignent graduellement une dimension appropriée pour leur captage ou recueillement par des appareils de type standard.
L'agglomération des particules peut être facilitée par des dis- positifs secondaires, constitués par des moyens électriques destinés à ioni- ser le courant gazeux, des sirènes soniques ou ultra-soniques destinées à créer des ondes stationnaires dans ledit courant et des générateurs à aéro- jet additionnels destinés à accélérer le courant.
Selon la nature des particules qu'il y a lieu de recueillir, il peut être avantageux d'ioniser avec le signe approprié les particules dispersées par le générateur à aéro-jet 18. Dans ce but, une enveloppe cylin- drique ou grille 39, portée à un voltage élevé, est placée autour du généra- teur 18, forçant ainsi le jet qui sort de ce dernier à traverser les lignes de force du champ électrique à l'intérieur de l'enveloppe cylindrique, qui est supportée par un conducteur à haute tension isolé 40, porté par le con- duit 16, comme il est montré aux figures 2 à 4.
Le conducteur est garni d'un manchon isolant 41, son extrémité inférieure descendant à travers la paroi du conduit, au moyen de deux isolateurs en porcelaine 42, qui se vissent en- semble de façon à serrer une paire de rondelles de résine synthétique 43 contre l'intérieur et l'extérieur de la paroi.
Le conducteur 40 est connecté au pôle négatif de l'alimentation à haute tension, le conduit 16 et la tuyère 18 étant connectés à la terre de façon qu'ils soient chargés positivement;
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une haute tension d'approximativement 12 Kv. peut être employée pour char- ger les particules du micro-brouillard, cette tension étant fournie par un transformateur élévateur de tension 44 et un redresseur 45, alimentés à par- tir d'une source en courant alternatif 46 (figure 1). @ @
Pour recueillir les particules solides dont le diamètre sta- tistique moyen a été fortement accru par l'agglomération, on emploie,' de pré- férence, deux séparateurs à cyclone 47, montés en parallèle comme il est montré à la figure 3, avec un ventilateur d'aspiration 48, en commun;
' ces' cyclones peuvent être construits de la manière habituelle, compte étant'te- nu du fait que le volume admis dans un séparateur à cyclone varie en géné- ral avec le carré de son diamètre.
Pour traiter de grands volumes de gaz, par exemple 18.000 à
30.000 mètres cubes par heure, chaque cyclone peut avoir un diamètre externe de 1,5 mètre, à sa partie supérieure cylindrique, une hauteur de 0,70 mètre pour la partie cylindrique et une hauteur totale de 3 mètres, le volume de gaz passant dans chaque cyclone étant en moyenne de 2,5 mètres cubes par se- conde; avec des appareils de cette capacité, on emploie, de préférence, deux sirènes ultra-soniques 49, comme il est montré aux figures 6 et 7, montées à la base des admissions vers les cyclones et alimentées en air comprimé à une pression de deux atmosphères.
Chaque rotor 50 peut tourner à environ' 20.000 tours par minute et développer une puissance acoustique de 2 Kw. pour une fréquence de 30 Kc., un moteur 51 de 1,5 H.P. étant prévu pour comman-' der le rotor ; sirène est équipée d'un pavillon exponentiel 52,'comme montré à la figure 6, fixé à la base de l'entrée de cyclone respective 53, si bien qu'il se crée un système d'ondes stationnaires ultra-sonores dans le courant gazeux.
Le rotor 50 de la sirène contrôle les orifices 54, espa- cés sur le pourtour de la plaque d'extrémité 55 du stator, comme on peut le voir à la figure 7, l'air comprimé étant fourni par un conduit 56 débouchant dans une rainure ou chambre annulaire 57, à la partie postérieure d'une pla- que de diffuseur 58, autour du bord de laquelle l'air passe'par des trous 59 du rotor, pour atteindre les orifices 54 de la sirène ; trous et ori-' fices sont en nombres différents et sont espacés de telle façon que le rotor démasque les orifices 54 sur les côtés opposés alternativement, donnant ain- si une très haute fréquence à l'onde stationnaire créée dans le courant ga- zeux.
Le réglage de l'espace compris entre le rotor 50 et la plaque d'extré- mité 55 peut être effectué par une vis de réglage 60, dont la pointe entre en engagement avec une cloche 61, pressant axialement, vers le bas, le palier
62 du rotor, à l'encontre de l'action d'un ressort (non représenté) qui sup- porte l'arbre 63 du rotor, à travers le palier, à son extrémité inférieure.
L'admission vers le cyclone est le point le plus convenable ' de l'appareil pour la création d'une telle onde stationnaire dans un espace fermé, sur une petite distance et à travers un écoulement laminaire. La flo- culation ultra-sonique est particulièrement convenable pour des particules dont la combinaison, dans le dispositif à venturi 11-13, avec l'aérosol au- xiliaire provenant du générateur 18 produit des particules agglomérées n'ex- cédant pas un diamètre moyen de 5 microns.
Pour des particules atteignant les cyclones 47, avec un diamètre encore insuffisant pour leur captage dyna- mique dans les conditions de travail, on peut ajouter, en 64 (figure 3), des générateurs à aéro-jet tangentiels,semblables au générateur 18 et ali- mentés par des ramifications des conduits 19 et 20, qui, par dispersion d'un micro-brouillard frais en direction des courants gazeux, peuvent encore aug- menter la masse moyenne des particules.
Le courant gazeux pénétrant dans les cyclones 47 ou autres dis- ¯positifs séparateurs de poussière peut contenir, par exemple, des,particules agglomérées de quartz, dont le diamètre géométrique moyen soit approximati- vement de 20 microns (densité, 2,6), la densité particulière étant d'environ
10.000 particules par centimètre cube. Le générateur à aéro-jet 18, délivrant axialement, en alignement avec le dispositif à venturi 11-13, disperse un micro-brouillard mouillant d'une activité superficielle d'approximativement
30 dynes par centimètre, le générateur à aéro-jet étant alimenté en air com- primé provenant du tuyau 19, à une pression de 6 Kg. par cm2.
La consommation
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de liquide tensio-actif peut atteindre 50 litres par heure pour un généra- teur à aéro-jet fournissant le brouillard à une vitesse supersonique, à sa sortie.
Le ventilateur centrifuge auxiliaire 48 aspire les gaz puri- fiés du sommet des deux cyclones 47, ce ventilateur tournant à 1500 tours par minute et étant-commandé par un moteur 65, de 40 H.P. Les générateurs additionnels à aéro-jet 64, prévus près des entrées tangentielles vers-les cyclones, peuvent être alimentés en air comprimé à une pression de 6 Kg. par cm2 pendant le fonctionnement et avec du liquide à raison d'une quantité comprise entre 50 et 100 litres par heure, conformément aux dimensions de ces générateurs.
Comme il est montré à la figure 1, le liquide d'humidifica- tion fourni par les générateurs à aéro-jet peut être obtenu par passage d'un courant d'eau provenant d'un conduit d'alimentation 66, à travers deux cham- bres 67, contenant des cartouches d'une substance à basse solubilité et à forte activité superficielle, telles que les naphtalène-sulfonates, les al- kyl-sulfonates de soude, les alcoolates de l'acide sulfo-succinique, les savons d'acides gras supérieurs, les esters de l'acide oléique et analogues.
Les soupapes 68 permettent au courant d'eau de passer de l'une des chambres
67 à l'autre, pour permettre le remplacement d'une cartouche usée. La con- sommation de liquide peut être vérifiée par un appareil de mesure d'écoule- ment enregistreur 69,prévu survie conduit d'amenée d'eau, tandis que la' dimension particulaire du brouillard éjecté et son rapport de distribution dimension/fréquence, tel que réglé par la soupape à air simple A, peuvent être lus sur un manomètre 70, se trouvant sur le tuyau d'amenée d'air 71, ce manomètre étant gradué en unités appropriées.
Dans ces conditions de fonctionnement, la dimension granulaire de la suspension particulaire quittant le générateur à aéro-jet 18 est plus que doublée à la sortie du diffuseur à venturi 13 et il est possible d'enre- gistrer un coefficient de captage des particules de quartz précitées appro- chant de 99,9% en nombre de particules et en poids. S'il est introduit une poussière ayant un diamètre moyen inférieur à 5 microns, la mise en marche des dispositifs auxiliaires (grille à champ électrostatique 39, sirène ultra- sonique 49 et générateurs tangentiels à aéro-jet 64) permettre d'assurer le captage de particules de poussière variant entre 95 et 99% en nombre.
Les particules de poussière légèrement humidifiées peuvent être facilement dé- chargées par des trémies 72, à la base des cyclones, sans formation de boue visqueuse, tandis que le gaz purifié est aspiré par le ventilateur centrifu- ge 48 au sommet.
Le venturi à aéro-jet convient non seulement pour ce but par-. ticulier mais peut encore servir pour résoudre des problèmes ayant les carac- tères les plus variés dans les domaines d'enlèvement de poussière, récupéra- tion de fines particules et hygiène industrielle.
La fabrication de noir de charbon (ayant 80% de ses particules d'une dimension inférieure à un micron) par les procédés en ,canal ou en four nécessite un dispositif de captage très efficient, pour la récupération des particules de noir qui possèdent de hautes propriétés colloïdales. Un venturi à aéro-jet, tel que décrit plus haut, utilisant un brouillard à forte humi- dification ayant une dimension de particule convenable, permet d'augmenter . considérablement la quantité de charbon recueillie, avec un appareil peu coû- teux, de dimensions relativement petites.
Il est bien évident que, sans pour cela s'écarter du cadre de l'invention, il est possible de combiner plusieurs générateurs à aéro-jet travaillant avec des dimensions granulaires différen- tes et des rapports de distribution dimension/fréquence différents, en un agencement en série ou en parallèle. L'ouvrier peut en outre contrôler l'a- limentation en air comprimé, au moyen d'une soupape qui règle la densité du micro-brouillard en fonction de la densité particulaire du courant gazeux à traiter. A cet effet, il suffit de prévoir un servo-mécanisme lui-même con- trôlé par tout dispositif magnétique ou électroniques convenable (tel qu'une cellule opacimétrique ou une cellule photoélectrique par exemple).
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On peut également faire mention de la récupération de 1¯-'oxyde de fer des gaz de hauts fourneaux, des fumées de gâteaux de sel dans les u- sines de pâte à papier, des fibres et poussières dans l'industrie textile, du poussier de charbon dans les installations de tamisage des mines de char- bon, et de certaines substances pulvérulentes chimiques ou pharmaceutiques, telles que l'azobenzène et les accélérateurs de vulcanisation, de même que. de la séparation du poussier de boite à fumée dans les centrales électriques la réduction des fumées et analogues. Ainsi qu'il a déjà été explique'plus haut, le micro-brouillard émis par les générateurs à aéro-jet peut servir . à précipiter des brouillards liquides ou des fumées telles que celles de l'acide sulfurique par exemple.
Il est également possible de traiter un aé- rosol liquide avec un autre aérosol liquide dans le cas où il est nécessai- re d'éliminer des globules liquides en suspension dans un courant gazeux; les cyclones 47 employés dans l'appareil décrit peuvent alors être rempla- cés par des séparateurs du type "scrubber".
Pour autant que l'appareil perfectionné présente une efficien- ce élevée sur une très large gamme de dimensions granulaires, il peut' être utilisé dansle but d'obtenir des résultats définis, tels que la suppression des poussières radio-actives ultra-fines, d'une dimension de particule moyen- ne de l'ordre de 1 micron ou moins, dans les usines et laboratoires spécia- lisés dans la question de l'énergie nucléaire. La facilité du réglage, auto- matique si on le désire, du micro-brouillard employé fait du venturi à aéro- jet un appareil de captage physique de grande efficacité et prévu pour des buts très variés ; les particularités énoncées plus haut de quelques possibi- lités d'application ne sont nullement exclusives.
L'appareil perfectionné- est le plus efficient lorsque les courbes de distribution dimension/fréquen- ce des particules à précipiter et du micro-brouillard éjecté du générateur à aéro-jet sont les mêmes.
Il est bien entendu que, selon les travaux industriels désirés et sans s'écarter de l'esprit de l'invention, on peut apporter des modifica- tions aux détails de structure de l'appareil, à la dimension et à la 'formé'-- des éléments (cônes à venturi convergent et divergent, générateur à aéro-jet, etc...) ou à leur disposition (déplacement de la sirène dans l'ouverture d'ad- mission du cyclone, par exemple); et que l'on peut remplacer certains éléments mécaniques par d'autres mécanismes ou moyens produisant des effets équiva- lents.
REVENDICATIONS.
1. Appareil pour l'agglomération de particules de matière so- lide ou liquide à support gazeux, avant leur séparation et leur captage, par passage du courant gazeux contenant les particules en suspension par un ven- turi, au moyen d'un courant à grande vitesse de fluide constitué par un aé- rosol ou micro-brouillard de particules liquides produit par un générateur à aéro-jet alimenté en air comprimé et en liquide d'humidification, caracté- risé par le fait que le générateur à aéro-jet comprend un corps, un chapeau fixé à l'une des extrémités dudit corps et une tuyère distributrice s'enga- geant dans ledit corps et verrouillée par ledit chapeau, ledit corps compre- nant des conduits pour l'air comprimé amené par un tuyau externe, pour passer extérieurement à ladite tuyère et se diriger vers un trou prévu au centre dudit chapeau,
ladite tuyère présentant un passage axial se terminant par un orifice pour la décharge, par ledit trou, du liquide d'humidification four- ni par un autre tuyau externe menant à l'autre extrémité dudit passage.